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KR20200010558A - Adjustable Stacked Phase Mode Feeding for 2D Steering of Antenna Arrays - Google Patents

Adjustable Stacked Phase Mode Feeding for 2D Steering of Antenna Arrays Download PDF

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KR20200010558A
KR20200010558A KR1020207000558A KR20207000558A KR20200010558A KR 20200010558 A KR20200010558 A KR 20200010558A KR 1020207000558 A KR1020207000558 A KR 1020207000558A KR 20207000558 A KR20207000558 A KR 20207000558A KR 20200010558 A KR20200010558 A KR 20200010558A
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KR
South Korea
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radiating
phase
antenna array
tem
waveguide
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KR1020207000558A
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Korean (ko)
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마레크 클레메스
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후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

급전 네트워크, 스티어링 가능한 안테나 어레이를 위한 스티어링 장치 및 시스템이 설명된다. 급전 네트워크는 제1 및 제2 방사 횡방향 전자기(transverse electromagnetic, TEM) 도파관 및 개별 TEM 도파관에 위치하는 제1 및 제2 가변 위상 천이기를 포함한다. 가변 위상 천이기는, 링에서의 방사 소자의 각도 위치에 정비례하는, 0부터 2π 라디안의 제어가능한 정수배까지의, 개별적인 링의 radiaSpeting 소자에서 추가적인 점진적 전기적 위상 천이를 야기한다. 급전 네트워크는 개별 방사 TEM 도파관에 접속된 제1 및 제2 위상 모드 급전 프로브를 포함하고, 이는 개별 위상 모드 급전 포트를 제공한다. 급전 네트워크가 안테나 어레이에 접속되면, 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드가 위상 모드 급전 포트에 제공된다. 위상 모드의 차수는 가변 위상 천이기의 정수배를 제어하는 위상 천이 제어 신호를 사용하여 선택 가능하다.A power supply network, a steering apparatus and system for a steerable antenna array are described. The feed network includes a first and a second transverse electromagnetic (TEM) waveguide and first and second variable phase shifters located in separate TEM waveguides. The variable phase shifter results in an additional progressive electrical phase shift in the radiaSpeting element of the individual ring, from 0 to a controllable integer multiple of 2π radians, which is directly proportional to the angular position of the radiating element in the ring. The feed network includes first and second phase mode feed probes connected to separate radiated TEM waveguides, which provide separate phase mode feed ports. When the feed network is connected to the antenna array, two successive orders of phase mode are provided to the phase mode feed port. The order of the phase mode can be selected using a phase shift control signal that controls the integer multiple of the variable phase shifter.

Figure P1020207000558
Figure P1020207000558

Description

안테나 어레이의 2D 스티어링을 위한 조절 가능한 적층 위상 모드 급전Adjustable Stacked Phase Mode Feeding for 2D Steering of Antenna Arrays

본 출원은 2017년 6월 15일에 출원된 명칭이 “ADJUSTABLE STACKED PHASE-MODE FEED FOR 2D STEERING OF ANTENNA ARRAYS”인 미국특허출원 15/624,262에 우선권을 주장하며, 그 내용은 참조로서 여기에 통합된다.This application claims priority to US patent application Ser. No. 15 / 624,262, filed June 15, 2017, entitled “ADJUSTABLE STACKED PHASE-MODE FEED FOR 2D STEERING OF ANTENNA ARRAYS, the contents of which are incorporated herein by reference. .

본 개시는 안테나 어레이의 빔 스티어링에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 안테나 어레이를 위한 적층 위상 모드 급전 네트워크에 관한 것이다.The present disclosure relates to beam steering of an antenna array. In particular, the present disclosure relates to stacked phase mode feed networks for antenna arrays.

안테나 어레이는 메인 빔 또는 로브를 갖는, 단일 안테나로서 동작하도록 함께 연결되는 개별 방사 소자의 세트이다. 종래에는, 안테나 어레이는 단일 안테나라고 할 수 있었다. 빔 스티어링은 개별 방사 소자의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 제어하는 메인 빔의 각도 포지셔닝(angular positioning)이다. 빔 스티어링은 안테나 어레이를 우선 방향(preferential direction), 즉, 메인 빔의 방향으로 송신하거나, 또는 메인 빔의 방향으로부터 수신된 신호에 증가된 수신 감도를 제공하도록 한다. 메인 빔에 대하여 원하는 방사 패턴을 획득하기 위하여, 안테나 어레이의 상이한 위상 모드가 결합될 수 있다.An antenna array is a set of individual radiating elements that are connected together to operate as a single antenna, with a main beam or lobe. In the past, an antenna array could be said to be a single antenna. Beam steering is the angular positioning of the main beam which controls at least one of the amplitude and phase of the individual radiating element. Beam steering allows the antenna array to transmit in a preferential direction, ie in the direction of the main beam, or to provide increased reception sensitivity to signals received from the direction of the main beam. Different phase modes of the antenna array can be combined to obtain the desired radiation pattern for the main beam.

빔 스티어링을 위한 회로는 안테나 어레이를 구성하는 각각의 개별 방사 소자를 위한 개별 위상 천이기 및 개별 지연 유닛 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 안테나의 타깃 주파수 범위가 증가할수록, 어레이에서의 방사 소자의 이상적인 공간은 감소하게 된다. 안테나 구조와 달리, 빔 스티어링 회로 및 급전 네트워크는 일반적으로 파장으로 스케일되지 않기 때문에, 방사 소자 사이의 감소된 공간은 방사 소자를 연결하는데 사용되는 빔 스티어링 회로 및 급전 네트워크를 구현하는 복잡도를 증가시킬 수 있다.The circuit for beam steering may include at least one of a separate phase shifter and a separate delay unit for each individual radiating element constituting the antenna array. As the target frequency range of the antenna increases, the ideal space of the radiating element in the array decreases. Unlike antenna structures, beam steering circuits and feed networks are generally not scaled to wavelengths, so reduced spacing between radiating elements can increase the complexity of implementing beam steering circuits and feed networks used to connect radiating elements. have.

Z축으로부터 더 큰 기울기를 갖는 메인 빔을 달성하기 위하여(즉, 더 큰 방사 스티어링 범위, 또는 폴라각), 안테나 어레이의 더 높은 차수의 위상 모드를 결합하는 것이 필요할 수 있다.In order to achieve a main beam with a larger slope from the Z axis (ie, larger radiated steering range, or polar angle), it may be necessary to combine the higher order phase modes of the antenna array.

다양한 예에서, 희박한(sparse) 위상 모드 급전 네트워크가 설명된다. 급전 네트워크는 안테나 어레이의 임의의 개수의 방사 소자가 더 작은 개수의 위상 모드 급전 프로브에 의해 급전되는 것을 가능하게 한다. 여기서 개시된 예에서, 급전 네트워크는 두 개의 급전 포트를 포함하고 버틀러 행렬은 포함하지 않아, 임의의 개수의 방사 소자에 급전한다. 두 개의 도파관이 적층되며, 각각의 도파관은 두 개의 링의 동심 안테나 어레이의 중 하나를 제공한다. 개시된 구성은, 제어 신호에 의해 조절 가능한 위상 모드의 차수로써, 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드의 형성을 가능하게 한다.In various examples, a sparse phase mode feed network is described. The feed network allows any number of radiating elements in the antenna array to be fed by a smaller number of phase mode feed probes. In the example disclosed herein, the feed network includes two feed ports and no Butler matrix to feed any number of radiating elements. Two waveguides are stacked, each providing one of the two ring concentric antenna arrays. The disclosed configuration allows the formation of two consecutive orders of phase mode, on the order of phase modes which are adjustable by control signals.

몇몇 예에서, 본 개시는 스티어링 가능한 안테나 어레이를 위한 급전 네트워크를 개시한다. 급전 네트워크는, 제1 방사 횡방향 전자기(transverse electromagnetic, TEM) 도파관 및 제2 방사 TEM 도파관 및 제1 및 제2 가변 위상 천이기를 포함하는 도파관 어셈블리를 포함한다. 제1 방사 TEM 도파관은 안테나 어레이의 제1 링의 방사 소자에 접속하기 위한 복수 개의 제1 방사 소자 프로브를 포함하고, 제2 방사 TEM 도파관은 안테나 어레이의 제2 링의 방사 소자에 접속하기 위한 복수 개의 제2 방사 소자 프로브를 포함한다. 제1 가변 위상 천이기는 제1 방사 TEM 도파관에 위치한다. 제1 가변 위상 천이기는 제1 링에서의 방사 소자의 각도 위치에 정비례하는, 0부터 2π 라디안의 정수배까지의, 제1 링의 방사 소자에서 추가적인 점진적 전기적 위상 천이를 야기하도록 구성되고, 상기 정수배는 제어가능하다. 제2 가변 위상 천이기는 제2 방사 TEM 도파관에 위치한다. 제2 가변 위상 천이기는 제2 링에서의 방사 소자의 각도 위치에 정비례하는, 0부터 2π 라디안의 정수배까지의, 제2 링의 방사 소자에서 추가적인 점진적 전기적 위상 천이를 야기하도록 구성되고, 상기 정수배는 제어가능하다. 급전 네트워크는 또한 제1 및 제2 방사 TEM 도파관에 개별적으로 접속된 제1 및 제2 위상 모드 급전 프로브를 포함한다. 위상 모드 급전 프로브는 개별적인 위상 모드 급전 포트를 제공한다. 급전 네트워크가 안테나 어레이에 접속되면, 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드가 위상 모드 급전 포트에 제공되고, 위상 모드의 차수는 제1 및 제2 가변 위상 천이기의 정수배를 제어하는 적어도 하나의 위상 천이 제어 신호에 따라 선택 가능하다.In some examples, the present disclosure discloses a feed network for a steerable antenna array. The feed network includes a waveguide assembly comprising a first radiant transverse electromagnetic (TEM) waveguide and a second radiated TEM waveguide and first and second variable phase shifters. The first radiating TEM waveguide comprises a plurality of first radiating element probes for connecting to radiating elements of the first ring of the antenna array, and the second radiating TEM waveguide is arranged for connecting to radiating elements of the second ring of the antenna array. Second radiating element probes. The first variable phase shifter is located in the first radiating TEM waveguide. The first variable phase shifter is configured to cause an additional gradual electrical phase shift in the radiating element of the first ring, from 0 to an integer multiple of 2π radians, which is directly proportional to the angular position of the radiating element in the first ring. Controllable. The second variable phase shifter is located in the second radiating TEM waveguide. The second variable phase shifter is configured to cause an additional gradual electrical phase shift in the radiating element of the second ring, from 0 to an integer multiple of 2 pi radians, which is directly proportional to the angular position of the radiating element in the second ring. Controllable. The feed network also includes first and second phase mode feed probes individually connected to the first and second radiating TEM waveguides. Phase mode feed probes provide separate phase mode feed ports. When the feed network is connected to the antenna array, two successive orders of phase mode are provided to the phase mode feed port, the order of the phase modes being at least one phase shift that controls an integer multiple of the first and second variable phase shifters. Selectable according to the control signal.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 도파관 어셈블리는 동심원 안테나 어레이로 구성될 수 있다. 상기 제1 방사 TEM 도파관은 상기 안테나 어레이의 내부 동심원 링에 접속되도록 구성될 수 있고, 상기 제2 방사 TEM 도파관은 상기 안테나 어레이의 외부 동심원 링에 접속되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 방사 TEM 도파관은 서로 동심으로 적층될 수 있다.In any of the above embodiments / sides, the waveguide assembly may consist of a concentric antenna array. The first radiating TEM waveguide may be configured to be connected to an inner concentric ring of the antenna array, and the second radiating TEM waveguide may be configured to be connected to an outer concentric ring of the antenna array. The first and second radiating TEM waveguides may be stacked concentrically with each other.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 낮은 차수는 상기 제1 방사 TEM 도파관으로부터 획득될 수 있고, 상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 높은 차수는 상기 제2 방사 TEM 도파관으로부터 획득될 수 있다.In any of the above embodiments / sides, a lower order of the continuous order phase mode may be obtained from the first radiating TEM waveguide, and a higher order of the continuous order phase mode may be obtained from the second radiation. Can be obtained from a TEM waveguide.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 높은 차수는 상기 제1 방사 TEM 도파관으로부터 획득될 수 있고, 상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 낮은 차수는 상기 제2 방사 TEM 도파관으로부터 획득될 수 있다.In any of the above embodiments / sides, a higher order of the continuous order phase mode may be obtained from the first radiating TEM waveguide, and a lower order of the continuous order phase mode may be obtained from the second radiation. Can be obtained from a TEM waveguide.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 도파관 어셈블리는 다각형 안테나 어레이로 구성될 수 있다.In any of the above embodiments / sides, the waveguide assembly may consist of a polygonal antenna array.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 제1 및 제2 위상 모드 급전 프로브는 동축으로 배열될 수 있다.In any of the above embodiments / sides, the first and second phase mode feed probes may be arranged coaxially.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기는 액정 아날로그 위상 천이기일 수 있다.In any of the above embodiments / sides, the first and second variable phase shifters may be liquid crystal analog phase shifters.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 개별 제1 및 제2 위상 천이 제어 신호는 상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기의 정수배를 개별적으로 제어하는데 사용될 수 있다. 상기 제1 가변 위상 천이기는, 0부터 K2π 라디안까지의 상기 제1 링의 방사 소자의 위상 천이를 야기하도록 제어될 수 있다. 상기 제2 가변 위상 천이기는, 0부터 (K+1)2π 라디안까지의 상기 제2 링의 방사 소자의 위상 천이를 야기하도록 제어될 수 있고, K는 정수이다. 상기 위상 모드 급전 포트에 제공되는 위상 모드는 K번째 및 K+1번째 차수 위상 모드일 수 있다.In any of the above embodiments / sides, separate first and second phase shift control signals can be used to individually control integer multiples of the first and second variable phase shifters. The first variable phase shifter may be controlled to cause a phase shift of the radiating element of the first ring from 0 to K2π radians. The second variable phase shifter may be controlled to cause a phase shift of the radiating element of the second ring from 0 to (K + 1) 2π radians, where K is an integer. The phase mode provided to the phase mode feed port may be a Kth and K + 1th order phase modes.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 제1 방사 TEM 도파관에 고정 나선 위상 천이기를 포함할 수 있다. 상기 고정 나선 위상 천이기는, 0부터 2π 라디안까지의 상기 안테나 어레이의 상기 제1 링에서 추가적인 점진적 전기적 위상 천이를 야기하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기는 공통 위상 천이 제어 신호로 제어될 수 있다.In any of the above embodiments / sides, the first radiating TEM waveguide may comprise a fixed spiral phase shifter. The fixed spiral phase shifter may be configured to cause an additional gradual electrical phase shift in the first ring of the antenna array from 0 to 2π radians. The first and second variable phase shifters may be controlled by a common phase shift control signal.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 도파관 어셈블리는 원형 편광 방사 소자를 갖는 안테나 어레이로 구성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기는 공통 위상 천이 제어 신호로 제어될 수 있다.In any of the above embodiments / sides, the waveguide assembly may be comprised of an antenna array having circular polarization radiating elements. The first and second variable phase shifters may be controlled by a common phase shift control signal.

몇몇 측면에서, 본 개시는 스티어링 가능한 안테나 어레이를 빔 스티어링 하기 위한 장치를 설명한다. 상기 장치는 이상의 실시예의 임의의 급전 네트워크; 및 빔 스티어링 회로를 포함한다. 빔 스티어링 회로는 상기 급전 네트워크의 위상 모드 급전 포트에 접속된다. 상기 빔 스티어링 회로는, 상기 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드를 결합하여 상기 스티어링 가능한 안테나 어레이의 메인 빔을 생성하도록 구성된다. 상기 빔 스티어링 회로는 상기 메인 빔의 폴라각 및 방위각을 제어하여 상기 메인 빔을 선택된 방향으로 향하게 한다.In some aspects, the present disclosure describes an apparatus for beam steering a steerable antenna array. The apparatus may include any of the power supply networks of the above embodiments; And a beam steering circuit. The beam steering circuit is connected to the phase mode feed port of the feed network. The beam steering circuit is configured to combine the two consecutive order phase modes to produce a main beam of the steerable antenna array. The beam steering circuit controls the polar and azimuth angles of the main beam to direct the main beam in a selected direction.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 빔 스티어링 회로는, 상기 위상 모드 중 적어도 하나의 신호 강도를 모니터링하고, 상기 위상 천이 제어 신호에 대한 피드백을 제공하도록 구성되는 모니터링 및 제어 서브 회로를 포함할 수 있다.In any of the above embodiments / sides, the beam steering circuit includes a monitoring and control subcircuit configured to monitor the signal strength of at least one of the phase modes and provide feedback for the phase shift control signal. Can be.

몇몇 측면에서, 본 개시는 스티어링 가능한 안테나 어레이 시스템을 설명한다. 본 시스템은 평면 안테나 어레이에 배열되는 복수 개의 방사 소자를 포함한다. 본 시스템은 또한 이상의 실시예의 임의의 급전 네트워크 및 이상의 실시예의 임의의 빔 스티어링 회로를 포함한다.In some aspects, the present disclosure describes a steerable antenna array system. The system includes a plurality of radiating elements arranged in a planar antenna array. The system also includes any feed network of any of the above embodiments and any beam steering circuit of any of the above embodiments.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 평면 안테나 어레이는 원형 안테나 어레이이고, 상기 방사 소자는 동심 링으로 배열된다.In any of the above embodiments / sides, the planar antenna array is a circular antenna array and the radiating elements are arranged in concentric rings.

이상의 실시예/측면 중 임의의 것에서, 상기 평면 안테나 어레이는 다각형 안테나 어레이이고, 상기 방사 소자는 동심 다각형으로 배열된다.In any of the above embodiments / sides, the planar antenna array is a polygonal antenna array and the radiating elements are arranged in concentric polygons.

본 출원의 예시적인 실시예를 나타내는 첨부 도면에, 예로서, 참조가 이루어질 것이다.
도 1은 평면 원형 안테나 어레이의 빔 스티어링을 위한 예시적인 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 급전 네트워크의 도파관 어셈블리에서 하나의 도파관으로 가변 위상 천이기의 결합을 개략적으로 도시한다.
도 3은 가변 위상 천이기의 예시적인 액정 아날로그 구현을 도시하는 개략도이다.
도 4는 각각의 도파관으로 가변 위상 천이기의 결합을 나타내는 적층 도파관 어셈블리를 도시하는 개략도이다.
도 5는 도파관으로 가변 위상 천이기 및 고정 위상 천이기의 결합을 나타내는 적층 도파관 어셈블리를 도시하는 개략도이다.
도 6은 제1차 위상 모드 증가를 달성하기 위하여 원형 편광 방사 소자의 배향을 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 1의 시스템에서 사용에 적합한 예시적인 빔 스티어링 회로의 개략도이다.
도 8은 도 7의 빔 스티어링 회로에서 사용에 적합한 예시적인 하이브리드 스플리터/결합기를 도시한다.
도 9는 적층 도파관 어셈블리의 예시적인 구성에서, 예시적인 메인 빔의 방사 패턴의 시뮬레이션을 나타낸다.
도 10은 적층 도파관 어셈블리의 다른 예시적인 구성에서, 예시적인 메인 빔의 방사 패턴의 시뮬레이션을 나타낸다.
유사한 컴포넌트를 지시하기 위해 유사한 참조 번호가 다른 도면에서 사용됐을 수 있다.
Reference will be made, by way of example, to the accompanying drawings that illustrate exemplary embodiments of the present application.
1 is a schematic diagram illustrating an exemplary system for beam steering of a planar circular antenna array.
FIG. 2 schematically illustrates the coupling of a variable phase shifter into one waveguide in the waveguide assembly of the feed network shown in FIG. 1.
3 is a schematic diagram illustrating an exemplary liquid crystal analog implementation of a variable phase shifter.
4 is a schematic diagram illustrating a stacked waveguide assembly showing the coupling of a variable phase shifter to each waveguide.
5 is a schematic diagram illustrating a stacked waveguide assembly showing the combination of a variable phase shifter and a fixed phase shifter with a waveguide.
6 is a schematic diagram illustrating the orientation of a circularly polarized light emitting element to achieve a first order phase mode increase.
7 is a schematic diagram of an exemplary beam steering circuit suitable for use in the system of FIG. 1.
8 illustrates an exemplary hybrid splitter / combiner suitable for use in the beam steering circuit of FIG. 7.
9 shows a simulation of the radiation pattern of an exemplary main beam, in an exemplary configuration of a stacked waveguide assembly.
10 shows a simulation of the radiation pattern of an exemplary main beam, in another exemplary configuration of a stacked waveguide assembly.
Similar reference numerals may have been used in other drawings to indicate similar components.

본 개시는 안테나 어레이에서 N개의 방사 소자에 급전하기 위하여 전체 N-포트 네트워크를 요구하지 않는 희박한 위상 모드 급전 네트워크를 개시한다. 이하에서 설명되는 예에서, 두 개의 급전 프로브는 두 개의 적층 도파관을 급전하는데 사용된다. 두 개의 위상 모드 포트에서의 위상 모드는 두 개의 연속적인 차수 위상 모드(일반적으로, PK 및 PK+1이라고 함)이고, 이는 K를 제어하기 위하여 제어 신호를 사용하여 선택될 수 있다. 여기서 개시된 예시적인 구성은, 버틀러(Butler) 행렬의 사용 없이, 간단한 평면 구성을 가능하게 할 수 있다. 버틀러 행렬이 요구되지 않기 때문에, 공간 절약 및 급전 손실의 감소가 달성될 수 있다. 개시된 급전 네트워크는, 원형 안테나 어레이를 위해 설계된 임의의 빔 스티어링 회로와 같은 임의의 적절한 빔 스티어링 회로와 간섭할 수 있다.The present disclosure discloses a sparse phase mode feed network that does not require an entire N-port network to feed N radiating elements in an antenna array. In the example described below, two feed probes are used to feed two stacked waveguides. The phase mode at the two phase mode ports is two consecutive order phase modes (generally referred to as P K and P K + 1 ), which can be selected using a control signal to control K. The example configuration disclosed herein may enable simple planar configuration without the use of a Butler matrix. Since a butler matrix is not required, space savings and reduction of feed loss can be achieved. The feed network disclosed may interfere with any suitable beam steering circuit, such as any beam steering circuit designed for a circular antenna array.

이하에서 설명하는 예는 두 개의 동심 링의 방사 소자를 갖는 평면 원형 안테나 어레이와의 사용에 적합할 수 있다. 동심 링의 방사 소자를 갖는 안테나 어레이의 예는 Tiezhu Yuan, Hongqiang Wang, Yuliang Qin, 및 Yongqiang Cheng의 “Electromagnetic Vortex Imaging Using Uniform Concentric Circular Arrays”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 15, pp. 1024-1027, 2016에 설명되어 있고, 그 전체가 참조로서 여기에 통합된다.The example described below may be suitable for use with a planar circular antenna array having two concentric ring radiating elements. Examples of antenna arrays with concentric ring radiating elements are described in Tiezhu Yuan, Hongqiang Wang, Yuliang Qin, and Yongqiang Cheng, “Electromagnetic Vortex Imaging Using Uniform Concentric Circular Arrays”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 15, pp. 1024-1027, 2016, the entirety of which is incorporated herein by reference.

두 개의 연속적인 위상 모드에 의해 급전되는, 동심 방사 소자에 의해 생성된 필드의 공간적인 결합은 Z축으로부터 원하는 기울기의 2D 스티어링 가능한 빔을 생성한다. 가변 비율 결합기(variable ratio combiner, VRC)는 이하에서 더 설명되는 것처럼, 빔 스티어링 회로에서도 구현될 수 있다.The spatial combination of fields produced by the concentric radiating elements, fed by two consecutive phase modes, produces a 2D steerable beam of desired slope from the Z axis. A variable ratio combiner (VRC) can also be implemented in the beam steering circuit, as further described below.

도 1은 스티어링 가능한 안테나 어레이의 빔 스티어링을 위한 예시적인 시스템의 컴포넌트를 개략적으로 도시한다. 시스템(100)은 송신 및 수신 모두에 사용될 수 있다. 시스템(100)은 원형 안테나 어레이(도시되지 않음) 및 급전 네트워크(102)를 포함한다. 다른 안테나 어레이 배열이 적합할 수 있지만, 본 명세서에 설명된 예에서 안테나 어레이는 두 개의 동심 링의 평면 원형 배열로 배열된 N개의 방사 소자(도시되지 않음) 세트를 갖는다. 일반적으로, 방사 소자가 위상 모드를 발생시키도록 배열되어 있으면(예를 들어, 방사 소자가 다각형의 둘레를 따라 동심으로 배열됨), 안테나 어레이는 방사 소자의 임의 배열(예를 들어, 원형 또는 다각형 구성에서)을 가질 수 있다. 개별 방사 소자는 안테나 어레이가 작동하도록 설계된 파장 λ의 대략 절반의 공간 간격으로 배열된다. 각각의 개별 방사 소자는 방사 도파관 전이 어셈블리(130)의 개별 방사 소자 프로브(104)에 연결된다. 각각의 방사 소자 프로브(104)는 개별 방사 소자와의 송신 또는 수신 신호를 제공한다.1 schematically illustrates components of an example system for beam steering of a steerable antenna array. System 100 can be used for both transmission and reception. System 100 includes a circular antenna array (not shown) and a feed network 102. Other antenna array arrangements may be suitable, but in the example described herein the antenna array has a set of N radiating elements (not shown) arranged in a planar circular arrangement of two concentric rings. In general, if the radiating elements are arranged to generate a phase mode (eg, the radiating elements are arranged concentrically along the circumference of the polygon), the antenna array may be any arrangement of radiating elements (eg, circular or polygonal). In the configuration). The individual radiating elements are arranged at spatial intervals of approximately half of the wavelength λ for which the antenna array is designed to operate. Each individual radiating element is connected to a separate radiating element probe 104 of the radiating waveguide transition assembly 130. Each radiating element probe 104 provides a transmit or receive signal with an individual radiating element.

도시된 예에서, 도파관 전이 어셈블리(130)는, 각각의 방사 TEM 도파관(106)에서 원형 패턴으로 배열된 방사 소자 프로브(104)와 함께, 두 개의 적층 방사 횡방향 전자기(TEM) 도파관(106a, 106b)(일반적으로, 방사 TEM 도파관(106)으로 지칭됨)을 포함하고, 이는 안테나 어레이의 방사 소자의 동심 배열에 대응한다. 방사 TEM 도파관(106)의 구성은, 2013년 4월 25일 출원된 13/870,309; 2014년 6월 3일에 출원된 14/295,235; 2015년 11월 23일에 출원된 14/948,879; 2016년 10월 17일에 출원된 15/295,366의 미국 특허 출원에 설명된 것과 유사할 수 있고, 그 모두는 전체가 여기서 설명된 적절한 변형과 함께 참조로서 여기에 통합된다. TEM 도파관(106)은 서로 적층되어 있지만, 방사 소자 프로브(104)는 동일하거나 상이한 평면에 있는 방사 소자에 접속될 수 있음에 유의해야한다. 이 예에서, TEM 도파관(106)은 상부 방사 TEM 도파관(106a)이 하부 방사 TEM 도파관(106b)보다 작게 적층된다. 다른 예에서, 상부 방사 TEM 도파관(106a)은 하부 방사 TEM 도파관(106b)보다 클 수 있다. 일반적으로, 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b)은 제1 및 제2 방사 TEM 도파관(106a, 106b)으로 지칭될 수 있다. 이해의 용이성을 위해, 다음의 논의는 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b)을 참조할 것이지만, “상부” 및 “하부”는 제한적인 것으로 의도되지 않았음을 이해해야 한다.In the example shown, waveguide transition assembly 130 includes two stacked radiant transverse electromagnetic (TEM) waveguides 106a, with radiating element probes 104 arranged in a circular pattern at each radiating TEM waveguide 106. 106b) (generally referred to as radiating TEM waveguide 106), which corresponds to the concentric arrangement of radiating elements of the antenna array. The configuration of the radiating TEM waveguide 106 is described in 13 / 870,309 filed April 25, 2013; 14 / 295,235, filed June 3, 2014; 14 / 948,879, filed November 23, 2015; It may be similar to that described in US Patent Application No. 15 / 295,366, filed Oct. 17, 2016, all of which is incorporated herein by reference in its entirety with the appropriate modifications described herein. While the TEM waveguide 106 is stacked on each other, it should be noted that the radiating element probe 104 may be connected to radiating elements in the same or different planes. In this example, the TEM waveguide 106 is stacked with the top radiating TEM waveguide 106a smaller than the bottom radiating TEM waveguide 106b. In another example, the upper radiating TEM waveguide 106a can be larger than the lower radiating TEM waveguide 106b. In general, the upper and lower radiating TEM waveguides 106a and 106b may be referred to as first and second radiating TEM waveguides 106a and 106b. For ease of understanding, the following discussion will refer to upper and lower radiating TEM waveguides 106a and 106b, but it should be understood that the "top" and "bottom" are not intended to be limiting.

이 예에서, 급전 네트워크(102)의 위상 모드 급전 포트(110)에 접속된 두 개의 급전 프로브(108a, 108b)(일반적으로, 급전 프로브(108)으로 지칭됨)이 존재한다. 특히, 버틀러 행렬은 필요하지 않으며, 이는 버틀러 행렬로 인한 급전 손실의 감소 및 공간 절약 중 적어도 하나를 초래할 수 있다. 방사 소자의 개수 N에 관계없이 항상 위상 모드 급전 프로브(108)의 수는 2이다. 여기서 개시된 예에서, 두 개의 급전 프로브(108)는 동축 구성(삼축 구성으로도 지칭됨)으로 제공되지만, 급전 프로브(108)의 다른 배열, 예를 들어, 적어도 하나 또는 더 많은 컨덕터 레이어를 갖고, 임피던스 매칭 또는 튜닝 목적 중 적어도 하나를 위해 부착된 링, 캡 또는 다른 구조를 갖는 구성이 또한 적합할 수 있다.In this example, there are two feed probes 108a, 108b (generally referred to as feed probe 108) connected to the phase mode feed port 110 of the feed network 102. In particular, the butler matrix is not necessary, which can result in at least one of reduction in feed loss and space savings due to the butler matrix. Regardless of the number N of radiating elements, the number of phase mode feeding probes 108 is always two. In the example disclosed herein, the two feed probes 108 are provided in a coaxial configuration (also referred to as a triaxial configuration), but have a different arrangement of feed probes 108, eg, at least one or more conductor layers, Configurations with attached rings, caps, or other structures for at least one of impedance matching or tuning purposes may also be suitable.

도 1에서, 급전 프로브(108)는 명확성을 위해 도파관 어셈블리(130)와 분리되어 도시되어 있지만, 구현될 때 급전 프로브(108)는 도파관 어셈블리(130)에 연결된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 급전 프로브(108a)는 상부 방사 TEM 도파관(106a)에 연결될 수 있고, 외부 프로브(108b)는 하부 방사 TEM 도파관(106b)에 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 프로브(108b)는 반드시 동축 급전 프로브(108)의 최외측 컨덕터에 의해 제공될 필요는 없다. 유사하게, 내부 프로브(108a)는 반드시 동축 급전 프로브(108)의 최내측 컨덕터에 의해 제공될 필요는 없다. 이 특정 예에서, 동축 급전 프로브(108)의 최내측 동축 실린더는 상부 방사 TEM 도파관(106a)(예를 들어, 도파관(106a)으로 약 절반 또는 1/8 파장)으로 돌출되고, K번째 위상 모드 신호와 함께 접속(인터페이스, interface)된다. 동축 급전 프로브(108)의 중간 실린더의 내부 표면은 상부 방사 TEM 도파관(106a)의 하부 디스크의 내부 표면으로부터 K번째 위상 모드 인터페이스의 전류에 대한 복귀 경로를 제공한다. 동축 급전 프로브(108)의 중간 실린더의 외부 표면은 하부 방사 TEM 도파관(106b)에서 K+1번째 위상 모드 신호에 대한 인터페이스를 형성하고, 하부 방사 TEM 도파관(106b)의 상부 금속 디스크에 연결된다. 유사하게, 동축 급전 프로브(108)의 최외측 실린더의 내부 표면은 하부 방사 TEM 도파관(106b)의 하부 디스크에 연결되고, K+1번째 위상 모드 인터페이스의 전류에 대한 복귀 경로를 제공한다. 동축 급전 프로브(108)의 3개의 동축 컨덕터는 모두 유전체 재료에 의해 분리되고, 그 하단부는 하부 방사 TEM 도파관(106b)의 하부 컨덕터 디스크에서 또는 그 아래에서 동일한 평면에서 끝날 수 있다.In FIG. 1, the feed probe 108 is shown separately from the waveguide assembly 130 for clarity, but when implemented, the feed probe 108 is connected to the waveguide assembly 130. For example, as shown in FIG. 1, the inner feed probe 108a may be connected to the upper radiating TEM waveguide 106a and the outer probe 108b may be connected to the lower radiating TEM waveguide 106b. As shown in FIG. 1, the external probe 108b does not necessarily need to be provided by the outermost conductor of the coaxial feed probe 108. Similarly, internal probe 108a does not necessarily have to be provided by the innermost conductor of coaxial feed probe 108. In this particular example, the innermost coaxial cylinder of coaxial feed probe 108 protrudes into the top radiating TEM waveguide 106a (eg, about half or 1/8 wavelength into waveguide 106a), and the K-phase mode. It is connected with the signal (interface). The inner surface of the intermediate cylinder of the coaxial feed probe 108 provides a return path for the current of the Kth phase mode interface from the inner surface of the lower disk of the upper radiating TEM waveguide 106a. The outer surface of the intermediate cylinder of the coaxial feed probe 108 forms an interface to the K + 1 st phase mode signal at the lower radiating TEM waveguide 106b and is connected to the upper metal disk of the lower radiating TEM waveguide 106b. Similarly, the inner surface of the outermost cylinder of the coaxial feed probe 108 is connected to the lower disk of the bottom radiating TEM waveguide 106b and provides a return path for the current of the K + 1 st phase mode interface. All three coaxial conductors of the coaxial feed probe 108 are separated by a dielectric material, the bottom end of which may end in the same plane at or below the bottom conductor disk of the bottom radiating TEM waveguide 106b.

위상 모드 급전 포트(110)가 위상 모드 급전 프로브(108)에 접속될 때, 각각의 위상 모드 급전 포트(110)는 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드 PK 및 PK+1 중 개별 하나에 따른 신호를 송신 또는 수신하는 안테나 어레이에 대응할 수 있고, 이하에서 더 논의한다. 도 1은 하부 방사 TEM 도파관(106b)에 연결될 때 K+1번째 위상 모드를 제공하는 외부 급전 프로브(108b) 및 상부 방사 TEM 도파관(106a)에 연결될 때 K번째 위상 모드를 제공하는 내부 급전 프로브(108a)를 제공하지만, 이하에서 더 논의하는 바와 같이 이는 반대로 될 수 있다.When the phase mode feed port 110 is connected to the phase mode feed probe 108, each phase mode feed port 110 is in accordance with an individual one of two consecutive orders of phase mode P K and P K + 1 . May correspond to an antenna array that transmits or receives a signal, which is discussed further below. 1 shows an external feed probe 108b that provides a K + 1st phase mode when connected to the bottom radiated TEM waveguide 106b and an internal feed probe that provides a Kth phase mode when connected to the top radiated TEM waveguide 106a. 108a), but this can be reversed, as discussed further below.

메인 포트(122)에서 스티어링된 메인 빔 M을 제공하는, 빔 스티어링 회로(120)에 위상 모드 급전 포트(110)가 접속된다. 적합한 빔 레이저 회로의 예는 상기 언급된 미국 특허 출원에 기재되어 있다.The phase mode feed port 110 is connected to the beam steering circuit 120, which provides the main beam M steered at the main port 122. Examples of suitable beam laser circuits are described in the aforementioned US patent application.

빔 스티어링 회로(120)는 두 개의 위상 모드 급전 포트(110)으로부터의 신호를 결합하여, 원하는 방향으로 향하는 원하는 메인 빔 M을 획득할 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이의 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드를 조합하여 메인 빔 M의 원하는 기울기 또는 폴라각을 달성할 수 있다. 하나의 차이가 있는 위상 모드의 조합은, 간단한 위상 제어를 사용하여 원주 방향으로보다 더 쉽게 스티어링될 수 있는 메인 빔 M을 생성한다는 것이 밝혀졌다. 빔 스티어링 회로(120)는 원하는 방향에서 안테나 어레이의 스캐닝이 가능하도록 메인 빔 M의 방사(즉, 폴라각) 및 원주(즉, 방위각) 방향을 제어할 수 있다. 위상 천이 제어 신호(155)는 필요한 위상 모드를 생성하기 위해, 안테나 어레이의 방사 소자의 위상 천이를 제어하는데 사용된다. 위상 천이 제어 신호(155)는 각각의 방사 TEM 도파관(106)에서 가변 위상 천이기(도 1에 도시되지 않음)를 제어하는데 사용되고, 아래에서 더 논의된다. 가변 위상 천이기는 단지 예시의 목적으로 다양한 도면에서 나선형으로 도시되어 있다. 또한, 가변 위상 천이기는 도파관 어셈블리(130)에 통합될 수 있으며 외부에서 보이지 않을 수 있다. 위상 천이 제어 신호(155)는 빔 스티어링 회로(120) 또는 별도의 회로로부터 가변 위상 천이기로 출력될 수 있다. 빔 스티어링 회로(120)의 메인 포트(122)에 제공된 메인 빔 M은 송신/수신에서 사용하기 위해 무선 송수신기(140)에 제공된다. 보조 신호 A1 및 A2(도 7 참조) 중 하나 또는 둘 다와 같은 보조 출력도 간섭 완화 또는 방향 찾기와 같은 목적으로 제공될 수 있다.The beam steering circuit 120 may combine the signals from the two phase mode feed ports 110 to obtain the desired main beam M directed in the desired direction. For example, two successive orders of phase mode of the antenna array can be combined to achieve the desired slope or polar angle of the main beam M. One difference in phase mode combination has been found to use a simple phase control to produce a main beam M that can be steered more easily in the circumferential direction. The beam steering circuit 120 may control the radiation (ie, polar angle) and circumference (ie, azimuth) directions of the main beam M to enable scanning of the antenna array in a desired direction. Phase shift control signal 155 is used to control the phase shift of the radiating element of the antenna array to produce the required phase mode. The phase shift control signal 155 is used to control the variable phase shifter (not shown in FIG. 1) in each radiating TEM waveguide 106 and is discussed further below. The variable phase shifter is shown helically in the various figures for illustrative purposes only. In addition, the variable phase shifter may be integrated into the waveguide assembly 130 and may not be visible from the outside. The phase shift control signal 155 may be output to the variable phase shifter from the beam steering circuit 120 or a separate circuit. The main beam M provided to the main port 122 of the beam steering circuit 120 is provided to the radio transceiver 140 for use in transmission / reception. Auxiliary outputs such as one or both of auxiliary signals A1 and A2 (see FIG. 7) may also be provided for purposes such as interference mitigation or direction finding.

방사 TEM 도파관(106)의 예시적인 구성이 이제 설명된다. 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b)은 구성이 유사할 수 있으며, 다음의 설명은 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b) 모두에 유사하게 적용될 수 있다. 일 예에서, 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b)은 구성에 사용된 유전체 재료에서 파장 λ의 절반만큼 반경이 상이하다. 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b) 사이의 이러한 반경의 λ/2 차이는 감소된 사이드 로브가 있는 메인 빔 M을 달성하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 다른 치수(dimension)가 또한 적합할 수 있다.An exemplary configuration of the radiating TEM waveguide 106 is now described. The upper and lower radiating TEM waveguides 106a and 106b may be similar in configuration, and the following description may similarly apply to both the upper and lower radiating TEM waveguides 106a and 106b. In one example, the upper and lower radiating TEM waveguides 106a and 106b differ in radius by half of the wavelength [lambda] in the dielectric material used in the construction. The λ / 2 difference in this radius between the upper and lower radiating TEM waveguides 106a and 106b has been found to achieve a main beam M with reduced side lobes. However, other dimensions may also be suitable.

여기에 설명된 구성 예는 평면 원형 안테나 어레이와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 일 예에서, 각각의 방사 TEM 도파관(106)은 유전체에서 약 1/4 파장 λ 만큼 분리된 실질적으로 평행한 전도성 원형 디스크를 포함한다. 적층 도파관 어셈블리(130)의 총 두께는 공기 중에서의 약 반파장 λ의 절반 이하이다. N개의 방사 소자 프로브(104)는 각각의 방사 TEM 도파관(106)에서 상부 및 하부 원형 디스크를 연결하는 원주 방향 수직 전도성 벽으로부터 약 1/4 파장 λ이다. 도시된 예에서, 각각의 방사 TEM 도파관(106)은 동일한 개수의 프로브(104)를 갖는다(안테나 어레이에서 방사 소자의 구성에 해당함). 하부 방사 TEM 도파관(106b)에서 프로브(104)는 반파장보다 약간 더 넓게 배치되고, 상부 방사 TEM 도파관(106a)에서 프로브(104)는 반파장보다 약간 더 가깝게 배치되며; 모든 프로브(104)의 평균 간격은 대략 반파장이다. 다른 예에서, 두 개의 TEM 도파관(106)에 대해 상이한 개수의 프로브(104)가 있을 수 있으며, 프로브(104)의 간격은 상이할 수 있다. 이 예에서, 상부 및 하부 TEM 도파관(106)의 프로브(104) 사이의 방사 간격은 대략 반 파장이지만, 이는 또한 변할 수 있다. N개의 외부 방사 소자 프로브(104)는 상부 디스크에 연결된 외부 컨덕터 및 디스크 사이 공간으로 약 1/8 파장만큼 λ 돌출하지만 하부 디스크에 접촉하지 않는 내부 컨덕터를 갖는다. N개의 방사 소자 프로브(104)의 타단 내부 컨덕터는 매칭된 임피던스 소자 급전 평면 또는 비평면 네트워크를 통해 방사 소자에 연결된다. 이 평면 구조는 안테나 어레이 및 급전 네트워크에 쉽게 통합될 수 있다.The configuration example described herein may be suitable for use with a planar circular antenna array. In one example, each radiating TEM waveguide 106 comprises a substantially parallel conductive circular disk separated by about 1/4 wavelength [lambda] in the dielectric. The total thickness of the laminated waveguide assembly 130 is no more than about half the wavelength λ in air. The N radiating element probes 104 are about 1/4 wavelength lambda from the circumferential vertical conductive wall connecting the upper and lower circular disks in each radiating TEM waveguide 106. In the example shown, each radiating TEM waveguide 106 has the same number of probes 104 (corresponding to the configuration of radiating elements in the antenna array). In the lower radiating TEM waveguide 106b the probe 104 is disposed slightly wider than the half wavelength, and in the upper radiating TEM waveguide 106a the probe 104 is disposed slightly closer than the half wavelength; The average spacing of all probes 104 is approximately half wavelength. In another example, there may be different numbers of probes 104 for the two TEM waveguides 106, and the spacing of the probes 104 may be different. In this example, the radiation spacing between the probes 104 of the upper and lower TEM waveguide 106 is approximately half wavelength, but this may also vary. The N outer radiating element probes 104 have an outer conductor connected to the upper disk and an inner conductor that λ protrudes by about 1/8 wavelength into the space between the disk but does not contact the lower disk. The other inner conductors of the N radiating element probes 104 are connected to the radiating element via a matched impedance element feed plane or non-planar network. This planar structure can be easily integrated into antenna arrays and feed networks.

상술한 구성 예의 치수 및 특성에 대하여 설명한다. 일부 예에서 λ=1.876mm이다. 동축 프로브에서 및 디스크 사이에 사용된 유전체의 예는 다음과 같은 특성을 갖는다: εr=7.1, DuPont 9K7 LTCC 재료, f = 60 GHz. 각각의 TEM 도파관(106)에서, 평행 금속 디스크 사이의 간격=0.53 mm(즉, 0.2824 λ 또는 대략 λ/4). 평행 금속 원형 디스크의 상부 쌍 사이의 프로브 높이(상부 방사 TEM 도파관(106a)를 정의함) = 0.234 mm(즉, 대략 λ/8). 동축 프로브의 최내측 컨덕터는 115 μm(약 0.0617λ)의 직경을 갖는다. 중앙 컨덕터는 200 μm(또는 약 λ/10)의 외부 직경을 갖는다. 동축 급전 프로브 어셈블리(108)의 내부 및 중앙 컨덕터의 직경은 중앙 및 외부 컨덕터와 동일한 비율을 가져야한다. 따라서, 최외측 컨덕터는 348 μm, 또는 약 0.16 내지 0.1854 λ(금속의 두께를 고려하지 않음)의 직경을 갖는다. 일부 예에서, 각각의 방사 TEM 도파관(106)에 대한 임피던스 매칭을 최적화하기 위해, 원통형 동축 구조는 중앙 급전 프로브(108) 각각의 동축 컨덕터에 추가될 수 있다. 이 예에서 동심 내부 및 외부 동축 프로브의 특성 임피던스는 12.06 Ohms이다.The dimension and characteristic of the above-mentioned structural example are demonstrated. In some examples λ = 1.876 mm. Examples of dielectrics used in coaxial probes and between discs have the following characteristics: ε r = 7.1, DuPont 9K7 LTCC material, f = 60 GHz. In each TEM waveguide 106, the spacing between parallel metal disks = 0.53 mm (ie 0.2824 λ or approximately λ / 4). Probe height between the upper pair of parallel metal circular disks (which defines the top radiating TEM waveguide 106a) = 0.234 mm (ie, approximately lambda / 8). The innermost conductor of the coaxial probe has a diameter of 115 μm (about 0.0617λ). The central conductor has an outer diameter of 200 μm (or about λ / 10). The diameters of the inner and center conductors of the coaxial feed probe assembly 108 should have the same ratio as the center and outer conductors. Thus, the outermost conductor has a diameter of 348 μm, or about 0.16 to 0.1854 λ (not considering the thickness of the metal). In some examples, a cylindrical coaxial structure may be added to each coaxial conductor of the central feed probe 108 to optimize impedance matching for each radiating TEM waveguide 106. In this example, the characteristic impedance of the concentric inner and outer coaxial probes is 12.06 Ohms.

방사 소자 프로브(104)는 각각 115 μm(약 0.0617λ) 및 200 μm(또는 약 λ/10)의 내부 및 외부 직경, 또는 소자 임피던스의 매칭을 방사 TEM 도파관(106)의 그것과 용이하게 하는 다른 치수를 가질 수 있다. 상부 방사 TEM 도파관(106a)에서, 소자 프로브(104)는 원주 둘레, 즉 1.9196 mm의 λ/2 간격으로 이들을 이격시키는데 필요한 것보다 약 λ/4 작은 반경의 원 주위에 균일하게 배치될 수 있다. 상부 방사 TEM 도파관(106a)의 상부 및 하부 금속 디스크를 연결하는 수직 전도성 벽은 반경이 2.3886 mm 일 수 있고, 이는 소자 프로브(104)보다 중심으로부터 λ/4 더 멀리 위치할 것이다. 하부 방사 TEM 도파관(106b)의 소자 프로브(104)는 상부 도파관(106a)의 외벽보다 약 λ/4 더 큰 반경, 또는 약 2.8576 mm로 균등하게 이격될 수 있고, 하부 방사 TEM 도파관(106b)의 상부 및 하부 디스크를 연결하는 외부 수직 벽은 이의 소자 프로브(104)의 원의 반경의 것보다 약 λ/4 더 큰 반경, 또는 약 3.3266 mm를 가질 수 있다.The radiating element probe 104 has an internal and external diameter of 115 μm (about 0.0617λ) and 200 μm (or about λ / 10), respectively, or another that facilitates matching of device impedance with that of the radiating TEM waveguide 106. May have dimensions. In the top radiating TEM waveguide 106a, the device probes 104 may be uniformly disposed around a circumference, i.e., a circle of radius about [lambda] / 4 smaller than necessary to space them apart at [lambda] / 2 intervals of 1.9196 mm. The vertical conductive wall connecting the upper and lower metal disks of the upper radiating TEM waveguide 106a may be 2.3886 mm in radius, which will be located λ / 4 further from the center than the device probe 104. The element probes 104 of the bottom radiating TEM waveguide 106b may be evenly spaced about a radius, or about 2.8576 mm, than the outer wall of the top waveguide 106a, and the bottom of the bottom radiating TEM waveguide 106b. The outer vertical wall connecting the upper and lower disks can have a radius of about [lambda] / 4 greater than that of the radius of the circle of its element probe 104, or about 3.3266 mm.

위에서 언급된 다른 개시에서 또한 설명된 바와 같이, 방사 소자 자체는 교차 슬롯과 같이, TEM 도파관(106)의 상부 금속 디스크 안에 내장될 수 있어, 소자 프로브(104)를 완전히 생략할 수 있다.As also described in the other disclosures mentioned above, the radiating element itself can be embedded in the upper metal disk of the TEM waveguide 106, such as a cross slot, so that the element probe 104 can be omitted entirely.

도 2는 하나의 방사 TEM 도파관(106)에 통합된 가변 회전 천이기(150)를 개략적으로 나타내며, 이는 이 예에서 하부 방사 TEM 도파관(106b)이다. 유사하거나 동일한 구조(예를 들어, 더 작은 치수 또는 동일한 치수)의 다른 가변 위상 천이기(150)가 상부 방사 TEM 도파관(106a) 안에 유사하게 통합될 수 있음을 이해해야 한다. 가변 위상 천이기(150)는 방사 TEM 도파관(106b)에 위치하여, 방사 방사 소자 프로브(104)와 대응하는 위상 모드 급전 프로브(108b) 사이에서 방사형으로 전파하는 TEM 파가 방사 TEM 도파관(106b) 내부 전파의 방위각 방향으로 0부터 K2π 라디안(Kλ의 방사 전파 거리에 대응함)까지 선형적으로 변하는 전기 위상 천이를 경험하게 한다. 따라서, 가변 위상 천이기(150)는 0의 위상 천이에서부터 K2π로 표시되는 2π라디안의 정수배의 위상 천이인, 방사 소자에서 추가적인 위상 천이를 일으키고, 여기서, K는 위상 모드의 차수에 대응하는 선택 가능한 정수 값이고, K는 위상 천이 제어 신호(155)에 의해 제어되고, 위상 천이는 TEM 도파관(106b)의 평면 주위에서 하나의 완전한 물리적 각도 사이클 동안 진행된다. 위상 천이기(150)는 0에서부터 K2π 라디안으로 선형으로 진행되는 방사 소자에서 위상 천이를 야기한다. 즉, 위상 천이기(150)는 원형에서 방사 소자의 각도 위치에 정비례하는 방사 소자에서 위상 천이를 야기한다. 일반적으로, N개의 균일한 간격의 방사 소자에 대해, 가변 위상 천이기(150)는 (mK2π)/N 라디안과 동일한 m번째 방사 소자에서 추가적인 위상 천이를 야기한다. 방사 소자가 평면 원형 안테나 어레이에서 원형 배열로 배열된 경우, 첫 번째 위치의 방사 소자는 (K2π)/N 라디안의 추가 위상 천이를 가지며, 위상 천이는 원형 방향으로 선형으로 증가하여(도 2에서 나선으로 표시된 대로와 같이), N번째 위치(첫 번째 위치에 인접한)의 방사 소자는 K2π 라디안의 추가 위상 천이를 갖게 된다. 일부 예에서, 위상 천이 제어 신호(155)는 K에 비례하는 조정 가능한 전압 신호로서 제공될 수 있다. 위상 천이 제어 신호(155)는 빔 스티어링 회로(120) 또는 별도의 회로에 의해 제공될 수 있다.2 schematically shows a variable rotating transition 150 integrated into one radiating TEM waveguide 106, which in this example is a bottom radiating TEM waveguide 106b. It is to be understood that other variable phase shifters 150 of similar or identical structure (eg, smaller or identical dimensions) may be similarly integrated into the top radiating TEM waveguide 106a. The variable phase shifter 150 is located in the radiating TEM waveguide 106b so that TEM waves propagating radially between the radiating radiating element probe 104 and the corresponding phase mode feed probe 108b are radiated TEM waveguide 106b. Experience a linearly varying electrical phase transition from 0 to K2π radians (corresponding to the radiation propagation distance of Kλ) in the azimuthal direction of internal propagation. Thus, the variable phase shifter 150 causes an additional phase shift in the radiating element, from a phase shift of zero to an integer multiple of 2π radians represented by K2π, where K is a selectable order corresponding to the order of the phase mode. Is an integer value, K is controlled by the phase shift control signal 155, and the phase shift proceeds for one complete physical angular cycle around the plane of the TEM waveguide 106b. Phase shifter 150 causes a phase shift in the radiating element that proceeds linearly from zero to K2π radians. That is, phase shifter 150 causes a phase shift in the radiating element that is directly proportional to the angular position of the radiating element in the circle. In general, for N uniformly spaced radiating elements, variable phase shifter 150 causes additional phase shifts in the mth radiating element equal to (mK2 [pi]) / N radians. If the radiating elements are arranged in a circular arrangement in a planar circular antenna array, the radiating elements in the first position have an additional phase shift of (K2π) / N radians, and the phase shift increases linearly in the circular direction (spiral in Fig. 2). As indicated by, the radiating element at the Nth position (adjacent to the first position) will have an additional phase shift of K2π radians. In some examples, phase shift control signal 155 may be provided as an adjustable voltage signal proportional to K. The phase shift control signal 155 may be provided by the beam steering circuit 120 or a separate circuit.

도 3은 가변 위상 천이기(150)의 예시적인 액정 아날로그 구현을 나타내는 개략도이다. 도 3에 도시된 예시적인 가변 위상 천이기(150)는, 예를 들어, 방사 TEM 도파관(106)의 두 디스크 사이의 유전체에 통합될 수 있다. 이 예에서, 가변 위상 천이기(150)는 원형 구성을 가지므로, 평면 원형 안테나 어레이에서 위상 천이를 일으킨다. 가변 위상 천이기(150)는 2015년 1월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 14/603,908에 기술된 액정 아날로그 위상 천이기와 유사하게 구성될 수 있으며, 그 전체 내용은 여기에 참조로 포함된다. 도 3의 예에서, 나선형 위상 천이기(150)는 원환체 모양의 액정 구획(152)을 갖는다. 액정 구획(152)은 Kuangda Wang 및 Ke Wu의 “Liquid Crystal Enabled Substrate Integrated Waveguide Variable Phase Shifter for Millimeter-Wave Applications at 60 GHz and Beyond”Proceedings of IEEE International Microwave Symposium IMS, 2015에서 설명된 것과 유사할 수 있고, 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.3 is a schematic diagram illustrating an exemplary liquid crystal analog implementation of variable phase shifter 150. The exemplary variable phase shifter 150 shown in FIG. 3 may be integrated into a dielectric between two disks of, for example, the radiating TEM waveguide 106. In this example, the variable phase shifter 150 has a circular configuration, causing a phase shift in the planar circular antenna array. Variable phase shifter 150 may be constructed similarly to the liquid crystal analog phase shifter described in US patent application Ser. No. 14 / 603,908, filed Jan. 23, 2015, the entire contents of which are incorporated herein by reference. In the example of FIG. 3, helical phase shifter 150 has toric shaped liquid crystal compartment 152. The liquid crystal compartment 152 may be similar to that described in “Liquid Crystal Enabled Substrate Integrated Waveguide Variable Phase Shifter for Millimeter-Wave Applications at 60 GHz and Beyond” Proceedings of IEEE International Microwave Symposium IMS, 2015 by Kuangda Wang and Ke Wu. The entirety of which is incorporated herein by reference.

복수의 전극(158)은 액정 구획(152) 주위에 방사형으로 위치되고 동일한 저항(153)에 의해 연결된다. 가변 위상 천이기(150)는 접지에 연결된 제1 단부(154)와, (제어 전압의 형태일 수 있는) 위상 천이 제어 신호(155)를 수신하는 제2 단부(156)를 갖는다. 가변 위상 천이기(150)는 방사 소자에서 점진적인 위상 천이를 유발하는 전기장을 생성한다. 전극(158)의 수는 반드시 안테나 어레이의 방사 소자의 수에 대응할 필요는 없음에 유의해야 한다. 그러나, 전극(158)의 수는 적어도 방사 소자의 수와 동일한 것이 유용할 수 있어, 방사 소자에서 발생된 위상 천이가 0에서부터 K2π로 선형적으로 진행되는 것을 보장하며, 이는 K번째 차수 위상 모드에 영향을 미친다. 가변 위상 천이기(150)에 대한 다른 구성이 사용될 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이가 방사 소자의 비원형 배열을 갖는 경우, 가변 위상 천이기(150)는 그에 따라 비원형 형상일 수 있다. 가변 위상 천이기(150)은 위상 모드 급전 프로브(108)와 방사 소자 프로브(104) 사이의 환형 영역을 차지하기 위해 방사 TEM 도파관(106)에 위치한다.The plurality of electrodes 158 are radially positioned around the liquid crystal compartment 152 and are connected by the same resistor 153. Variable phase shifter 150 has a first end 154 connected to ground and a second end 156 that receives a phase shift control signal 155 (which may be in the form of a control voltage). Variable phase shifter 150 produces an electric field that causes a gradual phase shift in the radiating element. Note that the number of electrodes 158 does not necessarily correspond to the number of radiating elements of the antenna array. However, it may be useful for the number of electrodes 158 to be at least equal to the number of radiating elements, ensuring that the phase shift generated in the radiating element proceeds linearly from 0 to K2π, which is dependent on the Kth order phase mode. Affect. Other configurations for the variable phase shifter 150 can be used. For example, if the antenna array has a non-circular arrangement of radiating elements, the variable phase shifter 150 may thus be non-circular in shape. Variable phase shifter 150 is located in the radiating TEM waveguide 106 to occupy an annular area between the phase mode feed probe 108 and the radiating element probe 104.

도 4는 각각의 방사 TEM 도파관(106)에 통합된 각각의 가변 위상 천이기(150)을 갖는 적층 도파관 어셈블리(130)를 도시한다. 명확성을 위해, 도 4는 상부 및 하부 TEM 도파관(106a, 106b) 및 급전 프로브(108)을 분해도로 도시한다. 이 예에서, 상부 방사 TEM 도파관(106a)에는 제1 가변 위상 천이기(150a)가 제공되는데, 이는 방사 TEM 도파관(106a) 주위에서 0에서 K2π로 선형 위상 천이를 일으켜 K번째 차수의 위상 모드를 발생시킨다. 하부 방사 TEM 도파관(106b)에는 제2 가변 위상 천이기(150b)가 제공되는데, 이는 방사 TEM 도파관(106a) 주위에서 0에서부터 (K+1)2π로 선형적 위상 천이를 일으켜 K+1 차수의 위상 모드를 발생시킨다. 아래에서 더 논의되는 바와 같이, K번째 차수의 위상 모드는 하부 방사 TEM 도파관(106b)으로부터 발생하고, K+1번째 차수의 위상 모드는 상부 방사 TEM 도파관(106a)으로부터 발생하도록, 위상 모드의 차수가 반대로 될 수 있다. 가변 위상 천이기(150a, 150b)는, 예를 들어, 위상 천이 제어 신호(155)를 K 및 K+1에 비례하는 별도의 신호로 분할 및 수정하는데 사용되는 적절한 회로와 함께, 공통 위상 천이 제어 신호(155)에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로, 두 개의 개별 위상 천이 제어 신호(155)가 사용될 수 있고, 두 개의 위상 천이 제어 신호(155)는 K 및 K+1에 개별적으로 비례한다.4 shows a stacked waveguide assembly 130 with each variable phase shifter 150 integrated into each radiating TEM waveguide 106. For clarity, FIG. 4 shows the top and bottom TEM waveguides 106a, 106b and feed probe 108 in an exploded view. In this example, the top radiating TEM waveguide 106a is provided with a first variable phase shifter 150a, which causes a linear phase shift from 0 to K2π around the radiating TEM waveguide 106a, resulting in a K-th order phase mode. Generate. The lower radiating TEM waveguide 106b is provided with a second variable phase shifter 150b, which causes a linear phase shift from zero to (K + 1) 2π around the radiating TEM waveguide 106a, resulting in a K + 1 order. Generate phase mode. As discussed further below, the order of phase mode is such that the phase mode of the K th order occurs from the lower emission TEM waveguide 106b and the phase mode of the K + 1 th order occurs from the upper emission TEM waveguide 106a. Can be reversed. The variable phase shifters 150a, 150b, for example, together with the appropriate circuits used to divide and modify the phase shift control signal 155 into separate signals proportional to K and K + 1, the common phase shift control. May be controlled by signal 155. Alternatively, two separate phase shift control signals 155 can be used, with the two phase shift control signals 155 individually proportional to K and K + 1.

대안적으로, K에 비례하는 공통 위상 천이 제어 신호(155)는 도 5의 분해도에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 고정 나선 위상 천이기를 추가하여 두 가변 위상 천이기(150a, 150b)를 직접 제어하는데 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 구성은 도 4의 구성과 유사할 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 가변 위상 천이기(150a, 150b)는 공통 위상 천이 제어 신호(155)에 의해 제어되어, 제1 및 제2 가변 위상 천이기(150a, 150b)가 0에서부터 K2π로 선형적 위상 천이를 하도록 한다. 방사 TEM 도파관(106) 중 하나는(이 예에서 하부 방사 TEM 도파관(106b)) 방사 TEM 도파관(106b) 주위에서 0에서부터 2π로 선형적 위상 천이를 야기하여, 방사 TEM 도파관(106b) 주위의 전체 선형적 위상 천이가 0에서부터 (K+1)2π가 된다. 따라서, 도 5에 도시된 구성은 도 4의 구성에서와 같이 위상 모드 급전 포트(110)에서의 동일한 출력을 달성할 수 있지만, 도 5에 도시된 구성은 단일 공통 위상 천이 제어 신호(155)가 제1 및 제2 가변 위상 천이기(150a, 150b) 모두를 직접 제어하는데 사용될 수 있게 한다. 상부 방사 TEM 도파관(106a)으로부터 K+1번째 차수 위상 모드를 획득하기 위해, 고정 나선 위상 천이기(160)가 상부 방사 TEM 도파관(106a)에 대신에 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 고정 나선 위상 천이기(160)는 도 3에 도시된 것과 유사한 방식으로, 그러나 가변 제어 없이 구현될 수 있다.Alternatively, the common phase shift control signal 155 proportional to K is used to directly control the two variable phase shifters 150a and 150b by adding a fixed spiral phase shifter, as schematically shown in the exploded view of FIG. Can be used. The configuration shown in FIG. 5 may be similar to the configuration of FIG. 4. However, the first and second variable phase shifters 150a and 150b are controlled by the common phase shift control signal 155 such that the first and second variable phase shifters 150a and 150b are linear from 0 to K2π. Make the phase shift. One of the radiating TEM waveguides 106 (in this example, the bottom radiating TEM waveguide 106b) causes a linear phase shift from 0 to 2 [pi] around the radiating TEM waveguide 106b, resulting in a total linearity around the radiating TEM waveguide 106b. The red phase shift is from 0 to (K + 1) 2π. Thus, while the configuration shown in FIG. 5 can achieve the same output at the phase mode feed port 110 as in the configuration of FIG. 4, the configuration shown in FIG. 5 is a single common phase shift control signal 155. It can be used to directly control both the first and second variable phase shifters 150a and 150b. It is to be understood that a fixed spiral phase shifter 160 may instead be provided to the top emitting TEM waveguide 106a to obtain a K + 1th order phase mode from the top emitting TEM waveguide 106a. Fixed spiral phase shifter 160 may be implemented in a manner similar to that shown in FIG. 3, but without variable control.

고정 나선 위상 천이기(160)가 대신 상부 방사 TEM 도파관(106a)에 제공될 수 있어, K+1번째 차수의 위상 모드가 상부 방사 TEM 도파관(106a)으로부터 발생하는 것으로 이해될 수 있다.A fixed spiral phase shifter 160 may instead be provided to the top radiating TEM waveguide 106a so that it can be understood that the K + 1st order phase mode originates from the top radiating TEM waveguide 106a.

대안적으로, 고정 나선 위상 천이기(160)를 사용하는 대신에, 방사 소자가 원형으로 편광된 경우에, 제1차 위상 모드 증가가 방사 소자의 적절한 배향에 의해 달성될 수 있다. 도 6은 원형 안테나 어레이에서 원형으로 편광된 방사 소자의 배향의 예를 나타내는 개략도이다. 이 예에서, 안테나 어레이(170)는 내부 링(172) 및 동심 외부 링(174)에 배열된 방사 소자를 포함한다. 내부 링(172)의 방사 소자는 상부 방사 TEM 도파관(106a)(도 6에 도시되지 않음)에 결합되고, 외부 링(174)의 방사 소자는 하부 방사 TEM 도파관(106b)(도 6에 도시되지 않음)에 결합된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 내부 링(172)에서의 방사 소자의 편광 기준(polarization reference)은 동일한 방향으로 정렬되고, 외부 링(174)에서의 방사 소자의 편광 기준은 방사 방향으로 정렬된다. 따라서, 외부 링(174)에서 원형으로 편광된 방사 소자의 배향 때문에 제1차 위상 모드 증가는 외부 링(174)에서 효과가 있고, 고정 나선 위상 천이기(160)는 필요하지 않다. 도 6에 도시된 배열을 사용하여, 단일 공통 위상 천이 제어 신호(155)(K에 비례)는 제1 및 제2 가변 위상 천이기(150a, 150b) 모두를 직접 제어하는데 사용되고, 제1 및 제2 가변 위상 천이기(150a, 150b)는 본질적으로 동일하여 동일한 위상 천이를 제공하기 위해 제어될 수 있으며, 고정 나선 위상 천이기(160)는 필요하지 않다.Alternatively, instead of using the fixed spiral phase shifter 160, when the radiating element is circularly polarized, the first phase mode increase can be achieved by proper orientation of the radiating element. 6 is a schematic diagram illustrating an example of an orientation of a circularly polarized radiating element in a circular antenna array. In this example, antenna array 170 includes radiating elements arranged in inner ring 172 and concentric outer ring 174. The radiating element of the inner ring 172 is coupled to the top radiating TEM waveguide 106a (not shown in FIG. 6), and the radiating element of the outer ring 174 is shown of the bottom radiating TEM waveguide 106b (not shown in FIG. 6). Not). As shown in FIG. 6, the polarization reference of the radiating element in the inner ring 172 is aligned in the same direction, and the polarization reference of the radiating element in the outer ring 174 is aligned in the radial direction. Thus, the primary phase mode increase is effective in the outer ring 174 because of the orientation of the circularly polarized radiating element in the outer ring 174, and a fixed spiral phase shifter 160 is not necessary. Using the arrangement shown in FIG. 6, a single common phase shift control signal 155 (proportional to K) is used to directly control both the first and second variable phase shifters 150a, 150b, and The two variable phase shifters 150a and 150b are essentially identical and can be controlled to provide the same phase shift, with no fixed spiral phase shifter 160 being required.

방사 소자의 편광 기준이 반대 방향으로 진행하는 경우에 유사한 배열이 사용되어, 제1차 위상 모드 감소에 효과를 줄 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 편광 기준의 방사 정렬은 내부 및 외부 링(172, 174) 사이에서 전환될 수 있다. 즉, 외부 링(174)에서의 방사 소자의 편광 기준은 동일한 방향으로 정렬될 수 있고, 내부 링(172)에서의 방사 소자의 편광 기준은 방사형으로 정렬될 수 있다.It should be understood that similar arrangements may be used where the polarization reference of the radiating element proceeds in the opposite direction, which may have an effect on reducing the first phase mode. In addition, the radial alignment of the polarization reference can be switched between the inner and outer rings 172, 174. That is, the polarization criteria of the radiating elements in the outer ring 174 may be aligned in the same direction, and the polarization criteria of the radiating elements in the inner ring 172 may be aligned radially.

따라서, 도 4, 5 및 6은 위상 모드 급전 포트(110)에서 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드를 달성하기 위한 대안적인 접근법을 나타낸다. 구현되는 접근법은 비용, 크기 및 안테나 특성 중 임의의 것 또는 모두와 같은 인자에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 구성은 원형으로 편광된 방사 소자를 갖는 안테나에만 제한될 수 있다. 도 4에 도시된 구성은 두 개의 개별 위상 천이 제어 신호(155)의 사용을 요구할 수 있지만, 어떤 TEM 도파관(160)이 더 높은 차수의 위상 모드에 영향을 미치는지를 선택하는데 더 큰 유연성을 제공할 수 있다. 생성되는 기본 메인 빔 스티어링 효과는 도 4, 5 또는 6의 배열이 사용되는 것에는 의존적이지 않다. 더 높은 차수의 위상 모드가 상부 방사 TEM 도파관(106a) 또는 하부 방사 TEM 도파관(106b)으로부터의 생성되는지 여부는, 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 원하는 빔 형상에 따라 선택될 수 있다.Thus, Figures 4, 5 and 6 show an alternative approach for achieving two consecutive orders of phase mode at phase mode feed port 110. The approach implemented may be selected based on factors such as any or all of cost, size, and antenna characteristics. For example, the configuration shown in FIG. 6 may be limited only to antennas having circularly polarized radiating elements. The configuration shown in FIG. 4 may require the use of two separate phase shift control signals 155, but will provide greater flexibility in choosing which TEM waveguide 160 affects higher order phase modes. Can be. The resulting main beam steering effect is not dependent on which arrangement of FIG. 4, 5 or 6 is used. Whether a higher order phase mode is generated from the top emitting TEM waveguide 106a or the bottom emitting TEM waveguide 106b may be selected according to the desired beam shape, as discussed further below.

도 7은 여기서 기술된 바와 같이 예시적인 급전 네트워크(102)와의 사용에 적합한 예시적인 빔 스티어링 회로(120)를 나타낸다. 빔 스티어링 회로(120)는 메인 빔 M의 폴라각 φS 및 방위각 ΘS을 제어한다. 도 7에서, 원형 안테나 어레이에 대한 급전 네트워크(102)는 안테나 어레이의 방사 소자를 나타내는 원형 패치의 동심 링 내부에 별 모양으로 표시된다. 별 모양 내부의 나선 형상은 가변 위상 천이기를 나타낸다. 이 예에서, 두 개의 가변 위상 천이기가 도시되어 있지만, 예를 들어, 도 4, 5, 및 6을 참조하여 논의된 바와 같이, 상술한 임의의 구성이 도 7의 빔 빔 스티어링 회로(120)와 함께 사용될 수 있다.7 illustrates an example beam steering circuit 120 suitable for use with the example power feed network 102 as described herein. The beam steering circuit 120 controls the polar angle φ S and the azimuth angle Θ S of the main beam M. In FIG. 7, the feed network 102 for the circular antenna array is indicated by a star inside the concentric ring of the circular patch representing the radiating element of the antenna array. The spiral shape inside the star represents a variable phase shifter. In this example, two variable phase shifters are shown, but as discussed above with reference to FIGS. 4, 5, and 6, any of the above-described configurations may be combined with the beam beam steering circuit 120 of FIG. Can be used together.

도 7에서, PK+1 및 PK 신호는 도시된 회로에 따라, 빔 스티어링 회로에 접속되고, 진폭 및 위상의 선택된 비율로 결합된다. 예시적인 회로는 내부 대향 위상 천이기의 전기적 위상을 ±ΦS만큼 변화시킴으로써 폴라각 φS을 설정하는 두 개의 가변 비율 결합기(variable-ratio coupler, VRC; 202)를 포함한다. VRC(202)는 각각 동일하지만 반대의 양의 위상 천이를 제공하는 두 개의 위상 천이기를 통해 서로 접속된 두 개의 하이브리드 스플리터/결합기를 포함한다.In Fig. 7, the P K + 1 and P K signals are connected to the beam steering circuit and combined at selected ratios of amplitude and phase, according to the circuit shown. An exemplary circuit includes two variable-ratio couplers (VRCs) 202 that set the polar angle φ S by varying the electrical phase of the inner opposing phase shifter by ± Φ S. The VRC 202 includes two hybrid splitters / combiners connected to each other via two phase shifters, each equal but providing opposite positive phase shifts.

도 8은 VRC(202)에 사용하기 적합한 하이브리드 스플리터/결합기의 예를 도시한다. 하이브리드 스플리터/결합기는 180° 하이브리드일 수 있다. 하이브리드(136)의 포트 사이의 관계는 도 8에 도시된 바와 같다.8 shows an example of a hybrid splitter / combiner suitable for use with the VRC 202. The hybrid splitter / combiner can be 180 ° hybrid. The relationship between the ports of the hybrid 136 is as shown in FIG. 8.

도 7을 다시 참조하면, PK+1 신호는 방위각 ΘS을 설정하는 위상 천이기(204)에 접속된다. 빔 스티어링 회로(120)의 출력은, 메인 빔 M과 함께 보조 신호(A1)이며, 보조 신호(A1)는 예를 들어 간섭 완화, 방향 찾기 및 피드백 제어 중 적어도 하나를 포함하는 다른 목적으로 사용될 수 있다. 도시된 예에서, 신호 M 및 A1은 다음과 같이 위상 모드 신호로부터 형성된다:Referring back to FIG. 7, the P K + 1 signal is connected to a phase shifter 204 that sets the azimuth angle Θ S. The output of the beam steering circuit 120 is an auxiliary signal A 1 together with the main beam M, which auxiliary signal A 1 is for other purposes including, for example, at least one of interference mitigation, direction finding and feedback control. Can be used. In the example shown, signals M and A 1 are formed from a phase mode signal as follows:

Figure pct00001
Figure pct00001

Figure pct00002
Figure pct00002

도 7의 예시 회로는 메인 빔의 방위각 및 방사 스티어링 모두를 제공한다. 폴라각은 위상 모드 신호의 진폭이 결합되는 방법을 제어함으로써 제어되고, 방위각은 위상 모드 신호의 위상이 결합되는 방법을 제어함으로써 제어된다. 위상 천이 제어 신호(155)는 급전 네트워크(102)의 가변 위상 천이기에 의해 야기되는 위상 천이의 양을 제어하며, 이는 차례로, 빔 스티어링 회로(120)에 접속된 두 개의 연속적인 차수(즉, K 및 K+1)의 위상 모드를 결정한다. 위상 천이 제어 신호(155)를 사용하여, 더 높은 차수의 위상 모드에 액세스하기 위해 K의 다른 값이 선택될 수 있다. 더 높은 차수의 위상 모드를 조합함으로써, 방사 방향에서 더 큰 축 기울기(즉, 더 큰 값의 폴라각 φS)가 메인 빔 M에서 달성될 수 있다. 방위각 스티어링 방향(θS)은 상이한 값의 K를 포함하여 임의의 방사 기울기 방향에 대해 위상 천이기(204)에 의해 2π의 전체 물리적 범위(2π의 전기적 위상 천이 범위에 대응함)에 걸쳐 독립적으로 변할 수 있다. K의 상이한 값을 반복적으로 선택함으로써(예를 들어, 0에서 시작하여 각각의 반복마다 1씩 증가함) K의 값이 선택될 수 있고, 원하는 K의 값을 선택하기 위하여 빔 스티어링 회로(120)로부터의 신호를 모니터링한다. 예를 들어, 모니터링 및 제어 서브 회로(206)는 빔 스티어링 회로(120)의 일부일 수 있다. 모니터링 및 제어 서브 회로(206)는 하나 또는 둘의 위상 모드의 신호 강도를 모니터링하고 최대 신호를 달성하는 K의 값을 검색하는 회로 및 프로세서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. K의 적절한 값에 대한 이러한 검색은, 예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이 피드백을 사용하여, 메인 빔 M에 결합되기 전에 위상 모드를 모니터링함으로써 수행될 수 있다. K의 적절한 값이 선택된 후에, 위상 천이 제어 신호(155)는 원하는 연속적인 차수의 위상 모드를 획득하기 위해, 급전 네트워크(102)의 가변 위상 천이기를 제어할 수 있다. 메인 빔 M의 스티어링은 적절한 빔 스티어링 기술을 사용하여 수행될 수 있다.The example circuit of FIG. 7 provides both azimuth and radial steering of the main beam. The polar angle is controlled by controlling how the amplitudes of the phase mode signals are combined, and the azimuth angle is controlled by controlling how the phases of the phase mode signals are combined. The phase shift control signal 155 controls the amount of phase shift caused by the variable phase shifter of the feed network 102, which in turn is two successive orders (ie, K connected to the beam steering circuit 120). And K + 1) phase mode. Using the phase shift control signal 155, another value of K may be selected to access the higher order phase mode. By combining higher order phase modes, a larger axial tilt (ie a larger value of polar angle φ S ) in the radial direction can be achieved in the main beam M. The azimuth steering direction θ S may vary independently over the entire physical range of 2π (corresponding to the electrical phase shift range of 2π) by the phase shifter 204 for any radial slope direction, including different values of K. Can be. By repeatedly selecting different values of K (e.g., starting at 0 and increasing by 1 for each iteration), the value of K can be selected, and the beam steering circuit 120 can be selected to select the desired value of K. Monitor the signal from For example, the monitoring and control subcircuit 206 may be part of the beam steering circuit 120. The monitoring and control subcircuit 206 may include at least one of a processor and circuitry that monitors the signal strength of one or two phase modes and retrieves the value of K to achieve the maximum signal. This search for an appropriate value of K can be performed by monitoring the phase mode prior to coupling to the main beam M, for example using feedback as shown in FIG. 7. After the appropriate value of K has been selected, the phase shift control signal 155 may control the variable phase shifter of the feed network 102 to obtain the desired continuous order phase mode. Steering of the main beam M can be performed using suitable beam steering techniques.

도 9는 도파관 어셈블리(130)의 예시적인 구성에서 및 도 7의 회로를 사용하는, 예시적인 메인 빔 M의 방사 패턴의 시뮬레이션을 도시하며, 더 높은 차수의 위상 모드(즉, PK+1)가 하부 방사 TEM 도파관(106b)으로부터이고, 더 낮은 차수의 위상 모드(즉, PK)는 상부 방사 TEM 도파관(106a)으로부터 유래하며, 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b)의 반경 차이는 λ/2이고, TEM 도파관(166)에 의해 급전되는 방사 소자는 동일한 평면에 있다. 도 9의 시뮬레이션은 K = 0, 1, 2 및 3에 대해 수행되었다(왼쪽에서 오른쪽으로 표시). 도 10은 적층 도파관 어셈블리(130)의 다른 예시적인 구성에서 및 도 7의 회로를 사용하는, 예시적인 메인 빔의 방사 패턴의 시뮬레이션을 나타낸다. 도 9에 대해 수행된 시뮬레이션과 유사하게, 도 10에 대해 수행된 시뮬레이션에서, 상부 및 하부 방사 TEM 도파관(106a, 106b)의 반경 차이는 λ/2이고, K = 0, 1, 2 및 3이다(왼쪽에서 오른쪽으로 표시). 그러나, 도 10의 시뮬레이션에서, 더 높은 차수의 위상 모드(즉, PK+1)는 상부 방사 TEM 도파관(106a)으로부터이고, 더 낮은 차수의 위상 모드(즉, PK)는 하부 방사 TEM 도파관(106b)으로부터 유래하고, 동심 링 안테나 어레이의 모든 방사 소자는 동일한 평면에 있다.9 shows a simulation of the radiation pattern of an exemplary main beam M in the exemplary configuration of waveguide assembly 130 and using the circuit of FIG. 7, with higher order phase mode (ie, P K + 1 ). Is from the bottom radiating TEM waveguide 106b, the lower order phase mode (i.e., P K ) is from the top radiating TEM waveguide 106a, and the radius difference between the top and bottom radiating TEM waveguides 106a and 106b is The radiating element at lambda / 2 and fed by the TEM waveguide 166 is in the same plane. The simulation of FIG. 9 was performed for K = 0, 1, 2 and 3 (shown from left to right). 10 illustrates a simulation of the radiation pattern of an exemplary main beam, in another exemplary configuration of the stacked waveguide assembly 130 and using the circuit of FIG. 7. Similar to the simulation performed for FIG. 9, in the simulation performed for FIG. 10, the radius difference between the upper and lower radiating TEM waveguides 106a, 106b is λ / 2 and K = 0, 1, 2, and 3 (Shown from left to right). However, in the simulation of FIG. 10, the higher order phase mode (ie, P K + 1 ) is from the top radiating TEM waveguide 106a, and the lower order phase mode (ie, P K ) is the lower emission TEM waveguide. Originating from 106b, all radiating elements of the concentric ring antenna array are in the same plane.

도 9의 방사 패턴은 도 10의 방사 패턴보다 더 작은 사이드 로브를 갖는 것을 알 수 있다. 한편, 도 10의 방사 패턴은 도 9의 방사 패턴보다 방사 기울기의 미세한 제어를 제공할 수 있다. 따라서, 상이한 응용에 기초하여 적절한 구성이 선택될 수 있다.It can be seen that the radiation pattern of FIG. 9 has smaller side lobes than the radiation pattern of FIG. 10. Meanwhile, the radiation pattern of FIG. 10 may provide finer control of the radiation slope than the radiation pattern of FIG. 9. Thus, an appropriate configuration can be selected based on different applications.

여기서 개시된 예는, K = 0, +1, -1에 대응하는 위상 모드만을 사용하는 배열이 가능한 것과 비교하여, Z축으로부터 더 큰 기울기를 가능하게 할 수 있고, 제한된 2D 스티어링이 바람직한 경우에 특히 유용할 수 있다. 또한, 여기에 개시된 예는 급전 손실의 감소 및 사용된 위상 천이기의 개수의 감소를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 버틀러 행렬이 필요하지 않기 때문에, 급전 네트워크가 단순화될 수 있다. 많은 종래의 접근법과 달리, 제어될 필요가 있는 위상 천이기의 개수는 원형 안테나 어레이의 방사 소자의 수와 독립된, 고정된 작은 수이다.The example disclosed herein may allow for greater tilt from the Z axis, compared to being possible with arrangements using only phase modes corresponding to K = 0, +1, -1, especially when limited 2D steering is desired Can be useful. In addition, the examples disclosed herein may enable a reduction in feed loss and a reduction in the number of phase shifters used. For example, because no Butler matrix is needed, the feed network can be simplified. Unlike many conventional approaches, the number of phase shifters that need to be controlled is a fixed small number, independent of the number of radiating elements of the circular antenna array.

개시된 구성은 평면 구조로 통합된 급전 및 안테나 어레이로 구현될 수 있다. 전체 평면 구성은 축 방사 원형 안테나 어레이 및 2축 위상 모드 가능 빔 스티어링 서브 시스템과의 통합을 용이하게 할 수 있다.The disclosed configuration can be implemented with feed and antenna arrays integrated into a planar structure. The overall planar configuration may facilitate integration with an axial radiating circular antenna array and a two axis phase mode capable beam steering subsystem.

개시된 구성은 다수의 소자와 무관하게 고정된 수의 위상 천이기를 사용하여 임의의 수의 방사 소자가 급전될 수 있게 하여, 저가의 소형 안테나의 실현을 가능하게 한다.The disclosed configuration allows any number of radiating elements to be fed using a fixed number of phase shifters independent of a number of elements, thereby enabling the realization of a low cost small antenna.

여기서 제공된 예는 평면 원형 안테나 어레이에 대한 구현을 도시하지만, 본 개시의 교시는 다각형(예를 들어, 정사각형) 안테나 어레이를 포함하는 비원형 안테나 어레이에 적합할 수 있다. 본 개시의 교시는 부분적으로 채워진 안테나 어레이 뿐만 아니라 채워진 안테나 어레이(예를 들어, 방사 슬롯 어레이)에 적용될 수 있다. 다각형 안테나 어레이의 경우, 가변 위상 천이기가 다시 중심 동축 위상 모드 급전 프로브 및 방사 소자 프로브 사이의 환형 영역에 위치하고, 위상 천이는 다각형 주위의 원주 방향으로 선형 진행으로 진행된다. 본 명세서에 설명된 예는 두 개의 동심 링의 방사 소자를 갖는 안테나 어레이에 대한 구현을 도시하지만, 더 많은 수의 동심 소자의 링이 있을 수 있다. 예를 들어, 방사 TEM 도파관 중 하나 또는 둘 모두는 하나보다 많은 링의 방사 소자에 급전할 수 있다.The example provided herein shows an implementation for a planar circular antenna array, but the teachings of the present disclosure may be suitable for a non-circular antenna array that includes a polygonal (eg, square) antenna array. The teachings of the present disclosure can be applied to partially filled antenna arrays as well as filled antenna arrays (eg, radiating slot arrays). In the case of a polygonal antenna array, the variable phase shifter is again located in the annular region between the central coaxial phase mode feed probe and the radiating element probe, and the phase shift proceeds in a linear progression in the circumferential direction around the polygon. Although the example described herein shows an implementation for an antenna array having two concentric rings of radiating elements, there may be a larger number of rings of concentric elements. For example, one or both of the radiating TEM waveguides may feed more than one ring of radiating elements.

여기서 개시된 예는, 예를 들어, 조밀한 도시 환경에서 발견되는 것과 같은 소형 셀, 고용량 네트워크에서 마이크로파 및 밀리미터 파(mmWave) 안테나 어레이 중 하나 또는 둘 다에 유용할 수 있다. 예를 들어, 소형 셀 백홀, mmWave 피어 투 피어 무선 장치 또는 모바일 위상 통신(satcom) 단말기와 같은 전자 장치는 개시된 예로부터 이익을 얻을 수 있다.The example disclosed herein may be useful for one or both of small cell, such as found in dense urban environments, microwave and millimeter wave (mmWave) antenna arrays in high capacity networks, for example. For example, electronic devices such as small cell backhaul, mmWave peer-to-peer wireless devices, or mobile phase communication (satcom) terminals may benefit from the disclosed examples.

본 개시는 청구항의 발명의 대상을 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예는 모든 면에서 단지 예시적이고 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다. 전술한 실시예 중 하나 이상의 선택된 특징은 명백히 기술되지 않은 대안적인 예를 생성하기 위해 조합될 수 있으며, 이러한 조합에 적합한 특징은 본 개시의 범위 내에서 이해된다.The present disclosure may be embodied in other specific forms without departing from the subject matter of the claims. The described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. One or more selected features of the foregoing embodiments may be combined to create alternative examples that are not expressly described, and features suitable for such combinations are understood within the scope of the present disclosure.

개시된 범위 내의 모든 값 및 서브 범위가 또한 개시된다. 또한, 여기서 개시되고 도시된 시스템, 장치 및 프로세스는 특정 개수의 소자/컴포넌트를 포함할 수 있지만, 시스템, 장치 및 어셈블리는 그러한 소자/컴포넌트가 더 많이 또는 더 적게 포함하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 개시된 임의의 소자/컴포넌트가 단수인 것으로 언급될 수 있지만, 여기서 개시된 실시예는 복수의 이러한 소자/컴포넌트를 포함하도록 수정될 수 있다. 여기서 기술된 발명의 대상은 기술의 모든 적절한 변경을 포함하고 포괄하고자 한다.All values and subranges within the disclosed ranges are also disclosed. In addition, while the systems, devices, and processes disclosed and illustrated herein may include a particular number of devices / components, the systems, devices, and assemblies may be modified to include more or fewer such devices / components. For example, although any device / component disclosed may be referred to in the singular, the embodiments disclosed herein may be modified to include a plurality of such devices / components. The subject matter described herein is intended to cover and encompass all suitable modifications of the technology.

Claims (15)

스티어링 가능한 안테나 어레이를 위한 급전 네트워크로서,
제1 방사 횡방향 전자기(transverse electromagnetic, TEM) 도파관 및 제2 방사 TEM 도파관 - 상기 제1 방사 TEM 도파관은 상기 안테나 어레이의 제1 링의 방사 소자에 접속하기 위한 복수 개의 제1 방사 소자 프로브를 포함하고, 상기 제2 방사 TEM 도파관은 상기 안테나 어레이의 제2 링의 방사 소자에 접속하기 위한 복수 개의 제2 방사 소자 프로브를 포함함 -;
상기 제1 방사 TEM 도파관에 위치하는 제1 가변 위상 천이기 - 상기 제1 가변 위상 천이기는 상기 제1 링에서의 방사 소자의 각도 위치에 정비례하는, 0부터 2π 라디안의 정수배까지의, 상기 제1 링의 방사 소자에서 추가적인 점진적 전기적 위상 천이를 야기하도록 구성되고, 상기 정수배는 제어가능함 -;
상기 제2 방사 TEM 도파관에 위치하는 제2 가변 위상 천이기 - 상기 제2 가변 위상 천이기는 상기 제2 링에서의 방사 소자의 각도 위치에 정비례하는, 0부터 2π 라디안의 정수배까지의, 상기 제2 링의 방사 소자에서 추가적인 점진적 전기적 위상 천이를 야기하도록 구성되고, 상기 정수배는 제어가능함 -; 및
상기 제1 및 제2 방사 TEM 도파관에 개별적으로 접속된 제1 및 제2 위상 모드 급전 프로브 - 상기 위상 모드 급전 프로브는 개별적인 위상 모드 급전 포트를 제공함 -
를 포함하는 도파관 어셈블리를 포함하고,
상기 급전 네트워크가 상기 안테나 어레이에 접속되면, 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드가 상기 위상 모드 급전 포트에 제공되고, 위상 모드의 차수는 상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기의 정수배를 제어하는 적어도 하나의 위상 천이 제어 신호에 따라 선택 가능한,
급전 네트워크.
A feed network for a steerable antenna array,
A first radiating transverse electromagnetic (TEM) waveguide and a second radiating TEM waveguide, wherein the first radiating TEM waveguide comprises a plurality of first radiating element probes for connecting to radiating elements of a first ring of the antenna array; And the second radiating TEM waveguide comprises a plurality of second radiating element probes for connecting to radiating elements of a second ring of the antenna array;
A first variable phase shifter located in the first radiating TEM waveguide, wherein the first variable phase shifter is from 0 to an integer multiple of 2π radians, directly proportional to the angular position of the radiating element in the first ring Is configured to cause an additional gradual electrical phase shift in the radiating element of the ring, the integer multiple being controllable;
A second variable phase shifter located in said second radiating TEM waveguide, said second variable phase shifter from 0 to an integer multiple of 2 pi radians, directly proportional to the angular position of the radiating element in said second ring; Is configured to cause an additional gradual electrical phase shift in the radiating element of the ring, the integer multiple being controllable; And
First and second phase mode feed probes individually connected to the first and second radiating TEM waveguides, the phase mode feed probes providing separate phase mode feed ports;
Including a waveguide assembly comprising a,
When the feed network is connected to the antenna array, two successive orders of phase mode are provided to the phase mode feed port, the order of phase mode being at least to control an integer multiple of the first and second variable phase shifters. Selectable according to one phase shift control signal,
Feeding network.
제1항에 있어서,
상기 도파관 어셈블리는 동심원 안테나 어레이로 구성되고,
상기 제1 방사 TEM 도파관은 상기 안테나 어레이의 내부 동심원 링에 접속되도록 구성되고,
상기 제2 방사 TEM 도파관은 상기 안테나 어레이의 외부 동심원 링에 접속되도록 구성되고,
상기 제1 및 제2 방사 TEM 도파관은 서로 동심으로 적층되는,
급전 네트워크.
The method of claim 1,
The waveguide assembly consists of a concentric antenna array,
The first radiating TEM waveguide is configured to be connected to an inner concentric ring of the antenna array,
The second radiating TEM waveguide is configured to be connected to an outer concentric ring of the antenna array,
Wherein the first and second radiating TEM waveguides are stacked concentrically with each other,
Feeding network.
제2항에 있어서,
상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 낮은 차수는 상기 제1 방사 TEM 도파관으로부터 획득되고,
상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 높은 차수는 상기 제2 방사 TEM 도파관으로부터 획득되는,
급전 네트워크.
The method of claim 2,
The lower order of the continuous order phase mode is obtained from the first radiating TEM waveguide,
The higher order of the continuous order phase mode is obtained from the second radiating TEM waveguide,
Feeding network.
제2항에 있어서,
상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 높은 차수는 상기 제1 방사 TEM 도파관으로부터 획득되고, 상기 연속적인 차수의 위상 모드의 더 낮은 차수는 상기 제2 방사 TEM 도파관으로부터 획득되는,
급전 네트워크.
The method of claim 2,
A higher order of the continuous order phase mode is obtained from the first radiating TEM waveguide, and a lower order of the continuous order phase mode is obtained from the second radiating TEM waveguide,
Feeding network.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도파관 어셈블리는 다각형 안테나 어레이로 구성되는,
급전 네트워크.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the waveguide assembly consists of a polygonal antenna array,
Feeding network.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 위상 모드 급전 프로브는 동축으로 배열되는,
급전 네트워크.
The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the first and second phase mode feed probes are arranged coaxially,
Feeding network.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기는 액정 아날로그 위상 천이기인,
급전 네트워크.
The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the first and second variable phase shifters are liquid crystal analog phase shifters,
Feeding network.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
개별 제1 및 제2 위상 천이 제어 신호는 상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기의 정수배를 개별적으로 제어하는데 사용되고,
상기 제1 가변 위상 천이기는, 0부터 K2π 라디안까지의 상기 제1 링의 방사 소자의 위상 천이를 야기하도록 제어되고,
상기 제2 가변 위상 천이기는, 0부터 (K+1)2π 라디안까지의 상기 제2 링의 방사 소자의 위상 천이를 야기하도록 제어되고, K는 정수이고, 상기 위상 모드 급전 포트에 제공되는 위상 모드는 K번째 및 K+1번째 차수 위상 모드인,
급전 네트워크.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Separate first and second phase shift control signals are used to individually control integer multiples of the first and second variable phase shifters,
The first variable phase shifter is controlled to cause a phase shift of the radiating element of the first ring from 0 to K2π radians,
The second variable phase shifter is controlled to cause a phase shift of the radiating element of the second ring from 0 to (K + 1) 2π radians, where K is an integer and is provided to the phase mode feed port. Is the Kth and K + 1th order phase modes,
Feeding network.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 방사 TEM 도파관에 고정 나선 위상 천이기를 더 포함하고,
상기 고정 나선 위상 천이기는, 0부터 2π 라디안까지의 상기 안테나 어레이의 상기 제1 링에서 추가적인 점진적 전기적 위상 천이를 야기하도록 구성되고,
상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기는 공통 위상 천이 제어 신호로 제어되는,
급전 네트워크.
The method according to any one of claims 1 to 8,
Further comprising a fixed spiral phase shifter in the first radiating TEM waveguide,
The fixed spiral phase shifter is configured to cause an additional gradual electrical phase shift in the first ring of the antenna array from 0 to 2π radians,
Wherein the first and second variable phase shifters are controlled with a common phase shift control signal,
Feeding network.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도파관 어셈블리는 원형 편광 방사 소자를 갖는 안테나 어레이로 구성되고,
상기 제1 및 제2 가변 위상 천이기는 공통 위상 천이 제어 신호로 제어되는,
급전 네트워크.
The method according to any one of claims 1 to 9,
The waveguide assembly consists of an antenna array having circularly polarized radiating elements,
Wherein the first and second variable phase shifters are controlled with a common phase shift control signal,
Feeding network.
스티어링 가능한 안테나 어레이를 빔 스티어링 하기 위한 장치로서,
제1항의 급전 네트워크; 및
상기 급전 네트워크의 위상 모드 급전 포트에 접속된 빔 스티어링 회로
를 포함하고,
상기 빔 스티어링 회로는, 상기 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드를 결합하여 상기 스티어링 가능한 안테나 어레이의 메인 빔을 생성하도록 구성되고,
상기 빔 스티어링 회로는 상기 메인 빔의 폴라각 및 방위각을 제어하여 상기 메인 빔을 선택된 방향으로 향하게 하는,
장치.
An apparatus for beam steering a steerable antenna array,
The power supply network of claim 1; And
A beam steering circuit connected to a phase mode feed port of the feed network
Including,
The beam steering circuit is configured to combine the two consecutive order phase modes to produce a main beam of the steerable antenna array,
The beam steering circuit controls the polar and azimuth angles of the main beam to direct the main beam in a selected direction,
Device.
제11항에 있어서,
상기 빔 스티어링 회로는,
상기 위상 모드 중 적어도 하나의 신호 강도를 모니터링하고, 상기 위상 천이 제어 신호에 대한 피드백을 제공하도록 구성되는 모니터링 및 제어 서브 회로를 포함하는, 장치.
The method of claim 11,
The beam steering circuit,
A monitoring and control subcircuit configured to monitor signal strength of at least one of the phase modes and provide feedback for the phase shift control signal.
스티어링 가능한 안테나 어레이 시스템으로서,
평면 안테나 어레이에 배열되는 복수 개의 방사 소자;
제1항의 급전 네트워크; 및
상기 급전 네트워크의 위상 모드 급전 포트에 접속된 빔 스티어링 회로
를 포함하고,
상기 빔 스티어링 회로는, 상기 두 개의 연속적인 차수의 위상 모드를 결합하여 상기 스티어링 가능한 안테나 어레이의 메인 빔을 생성하도록 구성되고,
상기 빔 스티어링 회로는 상기 메인 빔의 폴라각 및 방위각을 제어하여 상기 메인 빔을 선택된 방향으로 향하게 하는,
시스템.
A steerable antenna array system,
A plurality of radiating elements arranged in the planar antenna array;
The power supply network of claim 1; And
A beam steering circuit connected to a phase mode feed port of the feed network
Including,
The beam steering circuit is configured to combine the two consecutive order phase modes to produce a main beam of the steerable antenna array,
The beam steering circuit controls the polar and azimuth angles of the main beam to direct the main beam in a selected direction,
system.
제13항에 있어서,
상기 평면 안테나 어레이는 원형 안테나 어레이이고,
상기 방사 소자는 동심 링으로 배열되는,
시스템.
The method of claim 13,
The planar antenna array is a circular antenna array,
The radiating elements are arranged in concentric rings,
system.
제13항에 있어서,
상기 평면 안테나 어레이는 다각형 안테나 어레이이고,
상기 방사 소자는 동심 다각형으로 배열되는,
시스템.
The method of claim 13,
The planar antenna array is a polygonal antenna array,
The radiating elements are arranged in concentric polygons,
system.
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